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長(zhǎng)寧地震頻發(fā)是頁(yè)巖氣開采惹的禍？

2019/08/21
導(dǎo)讀
地震頻發(fā)都是水力壓裂惹的禍？
pixabay.com

撰文 | 楊   朔
責(zé)編 | 夏志堅(jiān)
 
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四川省長(zhǎng)寧縣，頁(yè)巖氣開發(fā)的熱土，中國(guó)首個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)所在地之一。8月13日，長(zhǎng)寧發(fā)生了一次4.1級(jí)的地震，而自2019年6月17日起，該縣已經(jīng)發(fā)生36次地震，其中四級(jí)以上的地震9次。
 
在美國(guó)，頁(yè)巖氣開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域俄克拉荷馬州同樣地震頻發(fā)。2010年俄克拉荷馬發(fā)生了41次三級(jí)以上的地震，而到了2015年，該地區(qū)三級(jí)以上地震已經(jīng)飆升到了888次 [1]。
 
一時(shí)間，人們對(duì)于頁(yè)巖氣的開采是否誘發(fā)了長(zhǎng)寧頻繁的地震產(chǎn)生疑問。
 
在頁(yè)巖氣開發(fā)過程中，通常需要用到水力壓裂技術(shù)，即向地下注入高壓流體，壓裂巖石，為頁(yè)巖氣的運(yùn)移提供更多的流動(dòng)通道。網(wǎng)上的一些評(píng)論稱，開采頁(yè)巖氣時(shí)，水力壓裂破壞了地層穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，從而誘發(fā)了地震。
 
然而，事實(shí)是否果真如此？
 

1


地震頻發(fā)都是水力壓裂惹的禍？


水力壓裂是否會(huì)誘發(fā)中等強(qiáng)度的地震，學(xué)術(shù)界對(duì)此并未取得共識(shí)。
 
Hadi Ghofran 等學(xué)者指出，頁(yè)巖的壓裂會(huì)誘發(fā)作業(yè)地區(qū)中等強(qiáng)度的地震，特別是美國(guó)中部，像俄亥俄州、俄克拉荷馬州地震頻發(fā)和頁(yè)巖氣的開采作業(yè)有著密切的聯(lián)系 [2]。
 
不過也有人表示，盡管壓裂時(shí)的高壓流體會(huì)在某些方向上導(dǎo)致地層巖石發(fā)生破裂，但產(chǎn)生的影響微乎其微，不足以誘發(fā)中等強(qiáng)度的地震。此外，水力壓裂的作業(yè)區(qū)域一般在地下2000-3000米處，而震源往往深得多，二者之間并不能簡(jiǎn)單地建立因果關(guān)系。
 
值得一提的是，6月18日，在中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心召開的 “四川長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震專家集體訪談” 活動(dòng)上，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心主任王海濤表示，目前尚無(wú)充分證據(jù)證明此次地震與水壩、頁(yè)巖氣開采有關(guān)。有學(xué)者表示，從地震學(xué)角度來說，目前對(duì)誘發(fā)地震是否能夠引起中等強(qiáng)度以上地震仍不清楚 [3]。
 

2


油田廢水，誘發(fā)地震的另一“嫌犯”？


在學(xué)者關(guān)于水力壓裂是否導(dǎo)致地震爭(zhēng)論不休時(shí)，有人將目光投向了注入地層的廢水。
 
研究發(fā)現(xiàn)，除了壓裂可能導(dǎo)致地震外，開發(fā)過程中向地層注入的廢水也可能致震。美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局指出，頁(yè)巖氣開采的水力壓裂不是產(chǎn)生誘發(fā)地震的主要原因，石油和天然氣開采過程中產(chǎn)生的廢液被增壓注入或直接注入廢水井，是產(chǎn)生大部分誘發(fā)地震的主要原因 [4]。
 
在美國(guó)發(fā)生地震最多的俄克拉荷馬州，只有1-2％的地震與水力壓裂作業(yè)有關(guān)，剩余的地震則是由廢水處理引起的。在《自然-通訊》雜志上，Ryan M. Pollyea 等人發(fā)表了《高密度油田廢水處理導(dǎo)致更深、更強(qiáng)、更持久的地震》（High density oilfield wastewater disposal causes deeper, stronger,and more persistent earthquakes）一文呼應(yīng)了上述觀點(diǎn)，作者研究發(fā)現(xiàn)，由于高壓泵入地層的廢水和巖石流體之間存在密度差，可能會(huì)導(dǎo)致壓力瞬變，從而致震 [5]。
 
不過也有人表示，該結(jié)論可能并不符合中國(guó)的實(shí)際情況 [6]。在美國(guó)，河流較多，水資源獲取方便，人們會(huì)將水力壓裂產(chǎn)生的廢水收集起來，再?gòu)膭e的地方集中注入地層。而中國(guó)的頁(yè)巖氣開采環(huán)境條件惡劣，多數(shù)是丘陵地區(qū)，實(shí)際的工作區(qū)域多在山上，水的運(yùn)輸成本很高，所以這些水都要經(jīng)過處理，循環(huán)利用，并不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。所以無(wú)法簡(jiǎn)單斷定是油田廢水誘發(fā)了地震。
 
綜合來看，頁(yè)巖氣開采是否致震，目前學(xué)界主要存在兩種聲音：一種聲音認(rèn)為是水力壓裂誘發(fā)了地震；另一種聲音指出油田廢水的不合理使用才是致震的主要原因。要回答這一問題，應(yīng)該說還需要更多詳實(shí)的證據(jù)。中國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量世界第一，頁(yè)巖氣無(wú)疑是塑造未來能源結(jié)構(gòu)的重要一環(huán)，目前仍然存在許多未知，等待著科研人員進(jìn)一步的研究。
 
參考資料
[1] https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/browse/stats.php
[2] Ghofrani H，Atkinson GM，Eaton DW，et al.加拿大西部沉積盆地水力壓裂與地震活動(dòng)[J],地震研究快報(bào),2016,87(3):págs.631-647
[3] 何登發(fā), 魯人齊, 黃涵宇,等. 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)地震的構(gòu)造地質(zhì)背景[J]. 石油勘探與開發(fā), 2019, 46(5): 1-14.
[4] https://earthquake.usgs.gov/research/induced/myths.php
[5] https://www.nature.com/articles/s41467-019-11029-8
[6] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1628250213471212001&wfr=spider&for=pc
 
制版編輯 | 皮皮魚
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